焊接应力与变形(I)

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1、第一节焊接应力和变形概述第二节焊接残余变形第三节焊接残余应力第4章焊接应力与变形教学重点焊接应力和变形的概念、分类；减少和防止焊接残余应力及变形的措施；教学难点本章重点与难点焊接应力和变形产生的过程及原因；控制焊接应力和残余变形的措施学习目标掌握产生焊接应力和变形的原因、特点、类型；掌握控制焊接应力和变形的工艺措施。应用能力学习目标与应用应用合理的焊接结构设计、工艺措施控制焊接应力和变形的方法什么是应力什么是应力什么是内力由外力或其他因素引起物体内部之间的相互作用力单位截面积上的内力1.工作应力2.内应力4.1焊接应力和变形概述4

2、.1.1焊接应力和变形的概念内应力详解内应力是在没有外力的条件下平衡于物体内部的应力内应力产生的原因温度应力（热应力）残余应力由于构件受热不均匀引起（举例：金属框架详解，此种情况在温度应力不高，即低于材料的屈服极限，框架里不产生塑性变形）如果不均匀温度场所造成的内应力达到材料的屈服极限，使局部区域产生塑性变形，当温度恢复到原始的均匀状态后产生了新的内应力即残余应力什么是变形外力温度形状尺寸改变变形弹性变形塑性变形在外力或其他因素作用下发生变形，当外力或其他因素去除后变形也随之消失，物体恢复原状相反，当外力或其他因素去除后，变形仍然

3、存在，即物体不能恢复到原状态下的变形什么是焊接应力与焊接变形内应力焊接应力焊接变形焊接过程中的某一瞬时值焊接后残留于焊件中的值焊接瞬时应力焊接瞬时变形焊接残余应力焊接残余变形焊接构件由焊接而产生的内应力是焊件由焊接而产生的变形（包括尺寸和形状的改变1.按应力的分布范围2.根据结构中的空间位置焊接应力产生的原因及分类1焊接应力产生的原因及分类13.根据应力与焊缝的相对位置4.根据应力产生、作用的时间5.根据应力形成原因焊接变形产生原因及分类21.自由变形：当金属物体温度发生变化，或发生了相变，其尺寸和形状就要发生变化，如果这种变化没

4、有受到外界的阻碍而自由的进行。单位长度的自由变形量：焊接变形产生原因及分类22.外观变形：当金属物在温度变化过程中受到阻碍，不能完全的自由变形，把能表现出来的这部分变形，称为外观变形。3.内部变形：把未表现出来的那部分变形，称为内部变形；钢的屈服极限σs在0~500℃时基本是一常数。当温度超过500℃时，σs发生陡降，当温度达到600℃时，σs接近于零。说明钢材此时几乎处于完全塑性状态，在很小的外力作用下就可以发生塑性变形。4.1.2焊接应力和变形产生的过程焊接是一个加热和冷却的热循环过程，焊接时金属受热和冷却的整个热循环的温度范

5、围常在1500℃以上。见P51图4-1所示焊接时的应力和变形的形成主要取决于焊接热过程，以及焊件在焊接过程中受拘束的条件1.均匀加热时引起应力与变形的原因（见P52图4-3所示）（1）能自由膨胀和收缩的无拘束状态杆件在无拘束条件下杆件均匀加热、冷却时的变形和应力注意（2）杆件两端完全固定，不能膨胀也不能收缩刚性拘束状态杆件在拘束条件为均匀加热、冷却时不能自由变形的变形和应力杆件在拘束条件为均匀加热、冷却时皆不能自由变形的变形和应力杆件在拘束条件为均匀加热、冷却时皆不能自由变形的变形和应力3.有一定程度的拘束状态杆件在拘束条件为加热

6、时不能自由膨胀，冷却时能自由收缩是的变形和应力杆件在拘束条件为加热时不能自由膨胀，冷却时能自由收缩是的变形和应力杆件在拘束条件为加热时不能自由膨胀，冷却时能自由收缩是的变形和应力结论：焊接变形和焊接应力都是由于焊接是局部的不均匀加热引起的焊接时加热区金属在周围母材金属一定程度的拘束作用下，不能自由地热胀冷缩在加热时，发生压缩塑性变形，在冷却时若能够收缩就产生焊接变形，若不能自由地收缩就产生焊接应力。当焊件拘束度较小时，冷却时能够比较自由地收缩，则焊接变形较大而焊接应力较小若焊件拘束度较大或外加较大刚性拘束，则冷却时不能自由地收缩，

7、焊接变形较小而焊接应力很大2.不均匀加热时引起应力与变形的原因（1）长钢板一侧加热引起的应力和变形长钢板在中心加热引起的纵向收缩变形和应力长板条冷却后产生的残余应力和变形残余应力的分布是：焊缝及近焊缝区域受到拉应力，常达以后随远离焊缝依次是压应力，拉应力，形成三个正负相间的应力分布区。（2）对接接头Y形坡口焊接后的角变形对接接头Y形坡口的焊缝，在焊缝正面较宽，在根部较窄，因此冷却时焊缝横向收缩变形在焊件厚度方向上不均匀，焊缝横截面上部横向收缩变形大，下部与根部横向收缩变形小，造成构建平面的偏转，产生角变形4.2焊接残余变形焊接是一

8、个不均匀加热和冷却的过程焊接过程中出现应力和变形焊后焊接结构产生焊接残余应力和焊接残余变形。4.2.1焊接残余变形的分类焊接残余变形主要有收缩变形（纵向、横向收缩）角变形、弯曲变形、波浪变形(失稳变形)和扭曲变形见图4-1所示及错边变形图1-29a